WO2006039823A2 - Signal transmission system for activating a power semiconductor switch, and a converter equipped with a signal transmission system of this type - Google Patents

Signal transmission system for activating a power semiconductor switch, and a converter equipped with a signal transmission system of this type Download PDF

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WO2006039823A2
WO2006039823A2 PCT/CH2005/000574 CH2005000574W WO2006039823A2 WO 2006039823 A2 WO2006039823 A2 WO 2006039823A2 CH 2005000574 W CH2005000574 W CH 2005000574W WO 2006039823 A2 WO2006039823 A2 WO 2006039823A2
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modulator
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electromagnetic radiation
controller
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Nikola Celanovic
Luc Meysenc
Michael Mazur
Paul Rudolf
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Abb Research Ltd
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    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • Signal transmission system for controlling a power semiconductor switch and a converter with such a
  • the invention relates to the field of power electronics. It relates to a signal transmission system for controlling at least one power semiconductor switch and a converter according to the preambles of the independent claims.
  • FIG. 1 shows a conventional signal transmission system for an inverter.
  • a control device 1 comprises a regulator 11 and a
  • a first transmission path 3 is located between the controller
  • the modulator Mi includes a cable and light wave transmitter such as
  • a power electronic circuit 2 comprises
  • Modulator Mi and each An horrelektrodinreibergame G-, G2, ..., G n is in each case a second transmission path 4, which in each case an optical waveguide such as a fiber optic cable or a plastic fiber optic cable and diodes for sending and receiving signals.
  • the second transmission paths 4 are arranged in a star structure.
  • , F2,..., F n may also be provided for measuring the states of individual components of the power electronic circuit 2 or the entire electronic power circuit 2. Between the monitoring sensors Fi,
  • a third transmission path 8 which in each case comprises an optical waveguide and diodes for transmitting and receiving signals.
  • a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the regulator 11, the control signal is sent via the first transmission path 3 to the modulator Mi.
  • Modulator Mi is determined from the control signal, the duty cycle for each switch S-, S2, -, S n .
  • the duty cycle corresponds to the time interval between two
  • Switching operations of a switch Si, S2, ..., S n , each switch S-, S2, ..., S n only between two switching states - switched on and off - can change.
  • From the modulator Mi is by means of diode via a second transmission path 4 depending on a drive signal with the command to turn on or off the associated switch S- ⁇ , S2, ..., S n , to each one
  • Another type of arrangement of the switches is a ring structure in which, starting at the modulator, each switch is connected in series via an optical waveguide to the next switch.
  • Such an arrangement is simple and inexpensive to build, but is very prone to failure because the failure of a single switch or damage in one of the optical fibers or the fiber optic connectors results in failure of the entire ring structure.
  • Another problem is the time delay with which the signal propagates across the ring structure and by which each switch is switched with a time delay compared to the previously switched switch.
  • US 5,210,479 describes a drive unit for an IGBT, which detects the state of the IGBT and signals for controlling the IGBT via a
  • Conductor sends.
  • a feedback signal is generated, which is sent from a light-emitting diode connected to the IGBT to a phototransistor in the drive unit, and as a result the IGBT is restored to a predetermined value within the SOA ("safe operating area"). is regulated.
  • No. 5,383,082 describes a system for protecting a power semiconductor switch such as an IGBT, power MOSFET or bipolar transistor from an overcurrent.
  • a drive signal is transmitted to a first phototransistor, which in turn connected to the IGBT.
  • a second LED is arranged between the gate of the IGBT and a voltage supply for the gate voltage. In case of an overcurrent, the second LED sends a signal to a second phototransistor connected to the drive unit.
  • the second LED on the one hand limits the gate voltage and on the other hand sends an overcurrent signal to the drive unit, which can be used to control the IGBT. With this arrangement, the drive unit is galvanically isolated from the IGBT.
  • the inventive signal transmission system is used to control at least one power semiconductor switch of a power electronic circuit from a controller, wherein each power semiconductor switch is connected to a respective An Kunststoffelektrodentreibereck.
  • At least one control signal can be transmitted from the controller to at least one modulator via at least one first transmission path.
  • At least one drive signal from the at least one modulator can be transmitted to each of the drive electrode driver stages via a respective second transmission path.
  • At least one control signal and / or a control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the at least one associated first or second transmission path can be conducted. Due to the conduction-free transmission of the at least one control signal and / or the at least one drive signal, the signal transmission system has improved reliability and is also mechanically stable and insensitive to dust.
  • the signal transmission system has improved reliability and is also mechanically stable and insensitive to dust.
  • At least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the associated at least one first transmission path is wireless
  • the at least one control signal to be transmitted consists of a small amount of data, so that no high transmission rate is necessary.
  • the signal transmission by means of electromagnetic radiation is advantageous because data can be reliably transmitted.
  • At least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the associated at least one second transmission path is wireless, the signal transmission by means of electromagnetic radiation is advantageous because large amounts of data can be reliably transmitted.
  • At least one power semiconductor switch is connected to a respective monitoring sensor for measuring a respective state value.
  • At least one third transmission path for transmitting in each case a feedback signal from at least one of the at least one monitoring sensors leads to at least one modulator or the controller.
  • At least one feedback signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the associated at least one third transmission path is wireless.
  • One of the above-mentioned signal transmission systems can be used advantageously in a converter, because a converter comprises a plurality of power semiconductor switches and these are reliably switchable with the inventive signal transmission system and thus have a high availability.
  • a converter comprises a plurality of power semiconductor switches and these are reliably switchable with the inventive signal transmission system and thus have a high availability.
  • Such converters according to the invention are mechanically stable and as far as possible insensitive to contamination.
  • FIG. 2 shows a signal transmission system according to the invention with a wireless first transmission path between a controller and a modulator
  • FIG. 3 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless first transmission paths between the controller and n modulators;
  • FIG. 5 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless second transmission paths between the modulator and n An confuseelektrodinreiberlien, wherein a modulated An tenualb from a transmitter is transferable;
  • FIG. 6 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless third transmission paths between n monitoring sensors and the controller.
  • an optical waveguide is understood to include a conductor for transmitting signals, and a lightwave transmitter for transmitting signals and a lightwave receiver for receiving signals.
  • FIG 2 a first embodiment of the inventive article is shown. Between a controller 11 and a modulator M-], a first transmission path 3 is arranged.
  • the controller 11 is provided with a transmitter 5 for transmitting electromagnetic radiation and the modulator Mi with a
  • Receiver 6 connected to receive electromagnetic radiation.
  • the first transmission path 3 is wireless. This is shown in FIG 2 by a dashed line between the controller 11 and the modulator Mi.
  • a power electronic circuit 2 comprises at least one drive electrode driver stage G-), G2,..., G n and at least one
  • Each of the drive electrode driver stages G 1, G 2,..., G n is connected to a respective one of the power semiconductor switches S 1, S 2, S n , S n .
  • a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the transmitter 5, the control signal is transmitted to the receiver 6 via the first transmission path 3 by means of electromagnetic radiation.
  • , G2, ..., G n then solve the switching to the associated switches Sj, S2, ..., S n made.
  • the controller 11 is connected to a transmitter 5.
  • , M ⁇ ,..., M n is connected to a respective receiver 6.
  • , M ⁇ ,..., M n is connected to a respective receiver 6.
  • Transmission path 4 leads from the modulators Mi, M2,..., M n to a respective drive electrode driver stage G
  • Each of the drive electrode drive stages Gi, G2,..., G n is connected to a respective power semiconductor switch Si, S2 S n .
  • a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11, the control signal is sent to the plurality via the first plurality of transmission paths 3
  • Modulators Mi, M2, ..., M n sent by electromagnetic radiation.
  • Control device 1 comprises a controller 11 and the power electronic
  • Circuit 2 the at least one modulator Mi, M 2 , .... M n and the at least one An horrelektrodinreibergame Gi, G2, ..., G n with the respectively associated
  • Switch S-], S 2 S n includes.
  • Control device 1 and the at least one modulator Mi, M 2 M n in the power electronic circuit 2 is arranged.
  • , M2, ..., M n is powerless, required and the signal transmission system has improved reliability and is also mechanically stable and robust against contamination.
  • a power electronic circuit 2 comprises at least one drive electrode driver stage G-, G2,..., G n and at least one
  • Power semiconductor switch S-, S2, ..., S n Depending on a second transmission path 4 leads from the modulator Mi to the at least one An Kunststoffelektrodinreiberease G-
  • the modulator Mi is connected to at least one transmitter 5 and the at least one An Kunststoffelektrodinreiberculture G ⁇ , G2, ..., G n , each with a receiver 6.
  • At least one second transmission path 4 is wireless. This is illustrated in FIG. 4 by dashed lines between the modulator Mi and each of the drive electrode driver stages G-, G2, ⁇ -., G n .
  • a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11, a control signal is sent to the modulator Mi via the first transmission path 3, in which the duty cycle for each individual switch is determined from the control signal. From the transmitter 5, a drive signal by means of electromagnetic radiation to one each depending on a second transmission path 4 each Drive electrode driver stage G-, G2, ..., G n transferred with the command to turn on or off the associated switch Si, S2, •• ⁇ , S n .
  • An excusektrodentreiberculture G-, G 2 G n is connected to a logic in which is determined from the duty cycle, at which time the associated switch Si, S 2 , ..., S n to be switched.
  • FIG 5 a further embodiment of the inventive article is shown. Between a controller 11 and a modulator Mi, a first transmission path 3 is formed. On the first transmission path 3, the controller 11 with the modulator M-
  • a power electronic circuit 2 comprises at least one
  • the modulator Mj is connected to the at least one An Kunststoffelektrodinreiberease Gi, G 2 , ..., G n .
  • the modulator Mi is connected to a transmitter 5 and the at least one drive electrode driver stage Gi, G 2 ,...,. G n are each connected to a receiver 6.
  • At least one second transmission path 4 is wireless. This is illustrated in FIG. 5 by dashed lines between the modulator Mi and each of the drive electrode driver stages Gi, G 2 ,..., G n .
  • Each of the drive electrode drive stages G-, G 2 ,..., G n is connected to one respective power semiconductor switch S-, S 2 ,..., S n .
  • a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11, a control signal is sent to the modulator M-] via the first transmission path 3, in which the duty cycle for each individual switch is determined from the control signal becomes.
  • the modulator M 1 At least two of the drive signals are modulated by means of a common modulation method and packaged in a modulated drive signal packet. From the transmitter 5, the modulated drive signal packet by means of electromagnetic radiation to the associated Anêtelektrodinreiberlien Gi, G2, ..., G n via a respective second
  • Transmission path 4 transmitted with the command to turn on or off the associated switches Si, S2, ..., S n .
  • the modulated drive signal packet is demodulated and the corresponding drive signals are assigned to the drive-electrode drive stages G 1, G 2, G n .
  • At least two of the duty cycles of each individual switch S-, S2,..., S n are modulated in the modulator M 1 by means of a conventional modulation method and packed into a modulated drive signal packet and to the at least one
  • At least one control signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated first transmission path 3 is wireless and at least one drive signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated second transmission path 4 is wireless.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the article according to the invention.
  • a controller 11 and at least one modulator Mj, M2, ..., M n at least one associated first transmission path 3 is formed.
  • the controller 11 is connected to the at least one modulator Mj, M2, ..., M n via optical waveguides.
  • a power electronic circuit 2 comprises at least one drive electrode driver stage G-), G2,..., G n , at least one power semiconductor switch S-], S2,..., S n and at least one monitoring sensor F-
  • At least one modulator Mi, M2, ..., M n go on a respective second transmission path 4 optical fiber such as fiber optic cable or fiber optic cable made of plastic to each of Anberichtelektrodinreibereasen Gi, G2, ..., G n .
  • Drive electrode driver stages Gi, G2,..., G n are each connected to a power semiconductor switch S-, S2,..., S n .
  • At least one power semiconductor switch Sj, S2, -, S n is connected to a respective monitoring sensor Fi, F2, ••, F n .
  • a third transmission path 8 is formed in each case.
  • M2, • ⁇ , M n are connected to a receiver 6 for receiving electromagnetic radiation.
  • the at least one associated third transmission path 8 is wireless. This is shown in FIG 6 n by a broken line between the monitoring sensors Fi, F2, ⁇ •, F and a modulator Mi, M2, •• least -, M n shown.
  • a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11 is off via the at least one first transmission path 3, the at least one control signal to the at least one modulator M-
  • the state value may be information such as an error, for example a failure of a switch S-, S2,..., S n or an error in one of the transmitted signals.
  • the at least one third transmission path 8 goes from the at least one
  • the at least one monitoring sensor Fj, F2,..., F n instead of at least one
  • Power semiconductor switch St, S2 S n also be connected to other components in the power electronic circuit 2.
  • at least one drive electrode driver stage G 1, G 2,..., G n comprises a logic by means of which the corresponding drive electrode driver stage can respond to errors.
  • the at least one feedback signal can by means of electromagnetic radiation and without wires directly to at least one
  • At least one feedback signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated third transmission path 8 is wireless.
  • at least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the at least one associated first transmission path 8 can be transmitted by means of electromagnetic radiation and / or at least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the at least one associated second transmission path 4 can be conducted.
  • the at least one control signal and / or the at least one drive signal and / or the at least one feedback signal can be modulated for the transmission by means of electromagnetic radiation with a modulation method.
  • modulation method common modulation methods such as frequency modulation, time modulation or phase modulation are suitable.
  • at least one carrier frequency for such a modulation electromagnetic radiation in the range of 0.4 GHz to 400 GHz (gigahertz) is particularly suitable. In converters, noise occurs at frequencies up to a few hundred hertz, so that when transmitting signals in the gigahertz range, these are not affected by the noise in the inverter. In addition, the transmission rate in this frequency range is high and the signal transmission is inexpensive.
  • antennas as the at least one transmitter 5 and the at least one receiver 6 whose transmission range and / or reception range are designed for the frequency range in which the one or more corresponding signals are transmitted.
  • the previously described embodiments of the inventive subject matter comprise only one controller 11. It is also conceivable that the signal transmission system comprises a plurality of controllers 11 and at least one control signal from each of the controller is transmitted to at least one modulator Mi, M 2 M n .
  • Each of the at least one first and / or second transmission paths 3, 4, can also be used to send back feedback signals on the corresponding transmission path 3, 4, thereby enabling a quick status feedback of the individual components.
  • the controller 11 is connected to a transmitter 5 for transmitting the at least one control signal and a receiver 6 for receiving at least one feedback signal from at least one modulator M 1 , M 2 , ..., M n out.
  • At least one modulator Mi, M 2 , ..., M n is with a
  • Receiver 6 for receiving at least one control signal and at least one transmitter 5 for transmitting at least one feedback signal connected. It may also be transceiver units, each comprising a transmitter 5 and a receiver 6 and with which both electromagnetic radiation can be sent as well as received.

Abstract

A signal transmission system serves to activate at least one power semiconductor switch (S1, S2, , Sn) starting from a controller (11). At least one control signal can be transmitted from the controller (11) to at least one modulator (M1, M2, ..., Mn) via at least one first transmission path (3). Each power semiconductor switch (S1, S2, , Sn) is connected to an activating electrode driver stage (G1, G2, ..., Gn), and at least one activating signal can be transmitted from the at least one modulator (M1, M2, ..., Mn) to each of the activating electrode driver stages (G1, G2, , Gn) via a second transmission path (4). At least one control signal and/or one activating signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation, and the associated transmission path (3, 4) is lineless.

Description

Signalübertragungssystem zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters sowie ein Umrichter mit einem solchen Signal transmission system for controlling a power semiconductor switch and a converter with such a
SignalübertragungssystemSignal transmission system
Beschreibungdescription
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie betrifft ein Signalübertragungssystem zur Ansteuerung von mindestens einem Leistungshalbleiterschalter und einen Umrichter gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to the field of power electronics. It relates to a signal transmission system for controlling at least one power semiconductor switch and a converter according to the preambles of the independent claims.
Stand der Technik FIG 1 zeigt ein herkömmliches Signalübertragungssystem für einen Umrichter. Gemäss FIG 1 umfasst eine Ansteuereinrichtung 1 einen Regler 11 und einenPrior Art FIG. 1 shows a conventional signal transmission system for an inverter. According to FIG. 1, a control device 1 comprises a regulator 11 and a
Modulator M-|. Ein erster Übertragungsweg 3 befindet sich zwischen dem ReglerModulator M | |. A first transmission path 3 is located between the controller
11 und dem Modulator Mi und umfasst ein Kabel sowie Lichtwellensender wie11 and the modulator Mi and includes a cable and light wave transmitter such as
Dioden zum Senden und Lichtwellenempfänger wie Dioden zum Empfangen von Signalen. Eine leistungselektronische Schaltung 2 umfasstDiodes for transmission and lightwave receivers such as diodes for receiving signals. A power electronic circuit 2 comprises
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2,..., Gn , welche je mit einem Leistungshalbleiterschalter S-i, S2, ..., Sn verbunden sind. Zwischen demDrive electrode driver stages G-, G2, ..., G n , which are each connected to a power semiconductor switch Si, S2, ..., S n . Between the
Modulator Mi und jeder Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn befindet sich jeweils ein zweiter Übertragungsweg 4, welcher jeweils einen Lichtwellenleiter wie ein Glasfaserkabel oder ein Fiberoptik-Kabel aus Kunststoff umfasst sowie Dioden zum Senden und Empfangen von Signalen. Die zweiten Übertragungswege 4 sind dabei in einer Sternstruktur angeordnet.Modulator Mi and each Ansteuerelektrodinreiberstufe G-, G2, ..., G n is in each case a second transmission path 4, which in each case an optical waveguide such as a fiber optic cable or a plastic fiber optic cable and diodes for sending and receiving signals. The second transmission paths 4 are arranged in a star structure.
In der leistungselektronischen Schaltung 2 können auch Überwachungssensoren F-|, F2, ..., Fn vorgesehen sein zur Messung der Zustände einzelner Komponenten der leistungselektronischen Schaltung 2 oder der gesamten leistungselektronischen Schaltung 2. Zwischen den Überwachungssensoren Fi ,In the power electronic circuit 2, monitoring sensors F- |, F2,..., F n may also be provided for measuring the states of individual components of the power electronic circuit 2 or the entire electronic power circuit 2. Between the monitoring sensors Fi,
F2, ..., Fn und dem Regler 11 befindet sich jeweils ein dritter Übertragungsweg 8, welcher jeweils einen Lichtwellenleiter sowie Dioden zum Senden und Empfangen von Signalen umfasst.F2, ..., F n and the controller 11 is in each case a third transmission path 8, which in each case comprises an optical waveguide and diodes for transmitting and receiving signals.
Ein Referenzwert 7 wird zum Regler 11 gesendet. Aus dem Referenzwert 7 wird in dem Regler 11 ein Regelsignal ermittelt. Vom Regler 11 aus wird das Regelsignal über den ersten Übertragungsweg 3 an den Modulator Mi gesendet. In demA reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the regulator 11, the control signal is sent via the first transmission path 3 to the modulator Mi. By doing
Modulator Mi wird aus dem Regelsignal der Tastgrad für jeden einzelnen Schalter S-|, S2, — , Sn ermittelt. Der Tastgrad entspricht dem Zeitabstand zwischen zweiModulator Mi is determined from the control signal, the duty cycle for each switch S-, S2, -, S n . The duty cycle corresponds to the time interval between two
Schaltvorgängen eines Schalters S-i, S2, ..., Sn, wobei jeder Schalter S-|, S2, ..., Sn nur zwischen zwei Schaltzuständen - eingeschaltet und ausgeschaltet - wechseln kann. Von dem Modulator Mi wird mittels Diode über jeweils einen zweiten Übertragungsweg 4 je ein Ansteuersignal mit dem Befehl, den zugehörigen Schalter S-\, S2, ..., Sn einzuschalten oder auszuschalten, an jede einzelneSwitching operations of a switch Si, S2, ..., S n , each switch S-, S2, ..., S n only between two switching states - switched on and off - can change. From the modulator Mi is by means of diode via a second transmission path 4 depending on a drive signal with the command to turn on or off the associated switch S- \, S2, ..., S n , to each one
Ansteuerelektrodentreiberstufe Gi, G2,..., Gn übertragen und dort mittels Dioden empfangen. In den Überwachungssensoren Fi, F2, ..., Fn werden die Zustände einzelner Komponenten der leistungselektronischen Schaltung oder der gesamten leistungselektronischen Schaltung gemessen. Die gemessenen Werte werden mittels Dioden als Rückmeldesignale an den Modulator Mi gesendet und dort mittels Dioden empfangen und in der Ermittlung des Tastgrades der Schalter S1, S2, ..., Sn berücksichtigt. Bei einer solchen Sternstruktur der zweiten Übertragungswege 4 ist für jeden Umrichter eine Schnittstelle erforderlich, die genau auf die Anzahl der im Umrichter befindlichen Schalter ausgelegt ist. Wenn der Umrichter auf eine andere Anzahl von Schaltern gewechselt werden soll, ist die Erstellung einer neuen Schnittstelle erforderlich.Drive electrode driver stage Gi, G2, ..., G n transmitted and received there by means of diodes. In the monitoring sensors Fi, F2,..., F n , the states of individual components of the power electronic circuit or of the entire power electronic circuit are measured. The measured values are sent to the modulator Mi by means of diodes as feedback signals and received there by means of diodes and the switches S 1 , S2,..., S n are taken into account in the determination of the duty cycle. In such a star structure of the second transmission paths 4, an interface is required for each inverter, which is designed precisely to the number of switches located in the inverter. If If the inverter is to be changed to a different number of switches, the creation of a new interface is required.
Eine andere Art zur Anordnung der Schalter ist eine Ringstruktur, bei der beginnend beim Modulator jeder Schalter über einen Lichtwellenleiter mit dem nächsten Schalter in Reihe verbunden ist. Eine solche Anordnung ist einfach und kostengünstig aufzubauen, ist jedoch sehr fehleranfällig, weil der Ausfall eines einzelnen Schalters oder eine Beschädigung in einem der Lichtwellenleiter oder der Anschlüsse der Lichtwellenleiter zum Ausfall der gesamten Ringstruktur führt. Ein weiteres Problem ist die Zeitverzögerung, mit der sich das Signal über die Ringstruktur ausbreitet und durch die jeder Schalter mit einer Zeitverzögerung im Vergleich zum zuvor geschalteten Schalter geschaltet wird.Another type of arrangement of the switches is a ring structure in which, starting at the modulator, each switch is connected in series via an optical waveguide to the next switch. Such an arrangement is simple and inexpensive to build, but is very prone to failure because the failure of a single switch or damage in one of the optical fibers or the fiber optic connectors results in failure of the entire ring structure. Another problem is the time delay with which the signal propagates across the ring structure and by which each switch is switched with a time delay compared to the previously switched switch.
Problematisch bei den vorstehend genannten Übertragungswegen insbesondere mit Lichtwellenleitern ist, dass sie unzuverlässig sind. Beim Ausfall einer Diode wird kein Signal mehr übertragen. Es ist ausserdem ein sehr guter Übergang zwischen den Lichtwellenleitern und Dioden notwendig, um die Signale zuverlässig übertragen zu können, und dieser Übergang ist störanfällig. Zudem sind Lichtwellenleiter und Kabel mechanisch empfindlich und empfindlich gegenüber Verschmutzung. Daher ist eine solche Verkabelung besonders in rauher Umgebung unzuverlässig. Die Verkabelung ist bei der Herstellung und im Falle einer Reparatur aufwendig und benötigt zudem viel Platz.The problem with the aforementioned transmission paths, in particular with optical waveguides, is that they are unreliable. When a diode fails, no signal is transmitted. It is also a very good transition between the optical fibers and diodes necessary to transmit the signals reliably, and this transition is susceptible to interference. In addition, optical fibers and cables are mechanically sensitive and sensitive to contamination. Therefore, such cabling is unreliable, especially in harsh environments. The wiring is complex in the manufacture and in the case of a repair and also requires a lot of space.
US 5,210,479 beschreibt eine Ansteuerungseinheit für einen IGBT, welche den Zustand des IGBTs erkennt und Signale zur Steuerung des IGBTs über einenUS 5,210,479 describes a drive unit for an IGBT, which detects the state of the IGBT and signals for controlling the IGBT via a
Leiter sendet. Im Falle eines Überstromsignals am IGBT wird ein Rückmeldesignal erzeugt, welches von einer mit dem IGBT verbundenen licht-emittierenden Diode zu einem Phototransistor in der Ansteuerungseinheit gesendet wird, und aufgrund dessen der IGBT wieder auf einen vorgegebenen Wert innerhalb der SOA („safe operating area" geregelt wird.Conductor sends. In the case of an overcurrent signal at the IGBT, a feedback signal is generated, which is sent from a light-emitting diode connected to the IGBT to a phototransistor in the drive unit, and as a result the IGBT is restored to a predetermined value within the SOA ("safe operating area"). is regulated.
US 5,383,082 beschreibt ein System zum Schutz eines Leistungshalbleiter¬ schalters wie IGBT, Leistungs-MOSFET oder Bipolartransistor vor einer Überstrom. Von einem mit einer Steuerungseinheit verbundenen ersten LED wird ein Ansteuersignal zu einem ersten Phototransistor übertragen, welcher wiederum mit dem IGBT verbunden ist. Ein zweites LED ist zwischen dem Gate des IGBTs und einer Spannungsversorgung für die Gatespannung angeordnet. Im Falle eines Überstroms sendet der zweite LED ein Signal an einen zweiten, mit der Ansteuerungseinheit verbundenen Phototransistor. Mit dem zweiten LED wird einerseits die Gatespannung begrenzt und andererseits ein Überstromsignal an die Ansteuereinheit gesendet, welches zur Regelung des IGBTs benutzt werden kann. Mit dieser Anordnung ist die Ansteuereinheit galvanisch von dem IGBT getrennt.No. 5,383,082 describes a system for protecting a power semiconductor switch such as an IGBT, power MOSFET or bipolar transistor from an overcurrent. From a first LED connected to a control unit, a drive signal is transmitted to a first phototransistor, which in turn connected to the IGBT. A second LED is arranged between the gate of the IGBT and a voltage supply for the gate voltage. In case of an overcurrent, the second LED sends a signal to a second phototransistor connected to the drive unit. The second LED on the one hand limits the gate voltage and on the other hand sends an overcurrent signal to the drive unit, which can be used to control the IGBT. With this arrangement, the drive unit is galvanically isolated from the IGBT.
Darstellung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Signalübertragungssystem zur Ansteuerung von mindestens einem Leistungshalbleiterschalter mit verbesserter Zuverlässigkeit zu schaffen. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Umrichter mit verbesserter Zuverlässigkeit anzugeben.DESCRIPTION OF THE INVENTION It is therefore an object of the invention to provide a signal transmission system for controlling at least one power semiconductor switch with improved reliability. Furthermore, it is the object of the invention to provide a converter with improved reliability.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 , 6 und 10 gelöst.These objects are achieved according to the invention by the features of independent claims 1, 6 and 10.
Das erfindungsgemässe Signalübertragungssystem dient zur Ansteuerung mindestens eines Leistungshalbleiterschalters einer leistungselektronischen Schaltung von einem Regler aus, wobei jeder Leistungshalbleiterschalter mit jeweils einer Ansteuerelektrodentreiberstufe verbunden ist. Von dem Regler aus ist mindestens ein Regelsignal an mindestens einen Modulator über mindestens einen ersten Übertragungsweg übertragbar. Über je einen zweiten Übertragungsweg ist mindestens ein Ansteuersignal von dem mindestens einen Modulator an jede der Ansteuerelektrodentreiberstufen übertragbar.The inventive signal transmission system is used to control at least one power semiconductor switch of a power electronic circuit from a controller, wherein each power semiconductor switch is connected to a respective Ansteuerelektrodentreiberstufe. At least one control signal can be transmitted from the controller to at least one modulator via at least one first transmission path. At least one drive signal from the at least one modulator can be transmitted to each of the drive electrode driver stages via a respective second transmission path.
Erfindungsgemäss ist mindestens ein Regelsignal und / oder ein Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar und der mindestens eine zugehörige erste oder zweite Übertragungsweg leitungslos. Durch die leitungslose Übertragung des mindestens einen Regelsignals und / oder des mindestens einen Ansteuersignals weist das Signalübertragungssystem eine verbesserte Zuverlässigkeit auf und wird zudem mechanisch stabil und gegen Staub unempfindlich. Bei der Herstellung einer leistungselektronischen Vorrichtung, welche einen Regler, mindestens einen ersten Übertragungsweg, mindestens einen Modulator, mindestens einen zweiten Übertragungsweg und mindestens einen Leistungshalbleiterschalter mit je einer Ansteuerelektrodentreiberstufe umfasst, entfallen zudem die Kosten für die Verlegung der Lichtwellenleiter und / oder Kabel für den mindestens einen ersten und / oder zweiten Übertragungsweg, welcher leitungslos ist.According to the invention, at least one control signal and / or a control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the at least one associated first or second transmission path can be conducted. Due to the conduction-free transmission of the at least one control signal and / or the at least one drive signal, the signal transmission system has improved reliability and is also mechanically stable and insensitive to dust. In the production of a power electronic device which has a regulator, at least one first transmission path, at least one modulator, at least one second transmission path and at least one power semiconductor switch, each with a drive electrode driver stage In addition, the costs for laying the optical waveguides and / or cables for the at least one first and / or second transmission path, which is wireless, are also eliminated.
Falls mindestens ein Regelsignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der zugehörige mindestens eine erste Übertragungsweg leitungslos ist, besteht das zu übertragende mindestens eine Regelsignal aus einer kleinen Datenmenge, so dass keine hohe Übertragungsrate notwendig ist. Die Signalübertragung mittels elektromagnetischer Strahlung ist vorteilhaft, weil Daten zuverlässig übertragbar sind.If at least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the associated at least one first transmission path is wireless, the at least one control signal to be transmitted consists of a small amount of data, so that no high transmission rate is necessary. The signal transmission by means of electromagnetic radiation is advantageous because data can be reliably transmitted.
Falls mindestens ein Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der zugehörige mindestens eine zweite Übertragungsweg leitungslos ist, ist die Signalübertragung mittels elektromagnetischer Strahlung vorteilhaft, weil grosse Datenmengen zuverlässig übertragbar sind.If at least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the associated at least one second transmission path is wireless, the signal transmission by means of electromagnetic radiation is advantageous because large amounts of data can be reliably transmitted.
In einer anderen Ausführung der Erfindung ist mindestens ein Leistungshalbleiterschalter mit je einem Überwachungssensor zur Messung jeweils eines Zustandswerts verbunden. Mindestens ein dritter Übertragungsweg zum Übertragen von je einem Rückmeldesignal von mindestens einem der mindestens einen Überwachungssensoren führt zu mindestens einem Modulator oder dem Regler. Mindestens ein Rückmeldesignal ist mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar und der zugehörige mindestens eine dritte Übertragungsweg ist leitungslos. Vorteil dieser Ausführung ist, dass keine Verkabelung zwischen dem mindestens einen Überwachungssensor und dem mindestens einem Modulator oder dem Regler notwendig ist.In another embodiment of the invention, at least one power semiconductor switch is connected to a respective monitoring sensor for measuring a respective state value. At least one third transmission path for transmitting in each case a feedback signal from at least one of the at least one monitoring sensors leads to at least one modulator or the controller. At least one feedback signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the associated at least one third transmission path is wireless. The advantage of this design is that no cabling between the at least one monitoring sensor and the at least one modulator or the controller is necessary.
Eines der obengenannten Signalübertragungssysteme lässt sich vorteilhaft in einem Umrichter einsetzen, weil ein Umrichter mehrere Leistungshalbleiterschalter umfasst und diese mit dem erfindungsgemässen Signalübertragungssystem zuverlässig schaltbar sind und somit eine hohe Verfügbarkeit aufweisen. Solche erfindungsgemässen Umrichter sind zudem mechanisch stabil und weitestgehend unempfindlich gegen Verschmutzung. Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.One of the above-mentioned signal transmission systems can be used advantageously in a converter, because a converter comprises a plurality of power semiconductor switches and these are reliably switchable with the inventive signal transmission system and thus have a high availability. In addition, such converters according to the invention are mechanically stable and as far as possible insensitive to contamination. These and other objects, advantages and features of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention taken in conjunction with the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
FIG 1 ein herkömmliches Signalübertragungssystem mit Sternstruktur;1 shows a conventional signal transmission system with star structure;
FIG 2 ein erfindungsgemässes Signalübertragungssystem mit einem leitungslosen ersten Übertragungsweg zwischen einem Regler und einem Modulator;2 shows a signal transmission system according to the invention with a wireless first transmission path between a controller and a modulator;
FIG 3 ein erfindungsgemässes Signalübertragungssystem mit n leitungslosen ersten Übertragungswegen zwischen dem Regler und n Modulatoren;3 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless first transmission paths between the controller and n modulators;
FIG 4 ein erfindungsgemässes Signalübertragungssystem mit n leitungslosen zweiten Übertragungswegen zwischen dem Modulator und n Ansteuerelektrodentreiberstufen;4 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless second transmission paths between the modulator and n Ansteuerelektrodinreiberstufen;
FIG 5 ein erfindungsgemässes Signalübertragungssystem mit n leitungslosen zweiten Übertragungswegen zwischen dem Modulator und n Ansteuerelektrodentreiberstufen, wobei ein moduliertes Ansteuersignalpaket von einem Sender aus übertragbar ist; und5 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless second transmission paths between the modulator and n Ansteuerelektrodinreiberstufen, wherein a modulated Ansteuersignalpaket from a transmitter is transferable; and
FIG 6 ein erfindungsgemässes Signalübertragungssystem mit n leitungslosen dritten Übertragungswegen zwischen n Überwachungssensoren und dem Regler.6 shows a signal transmission system according to the invention with n wireless third transmission paths between n monitoring sensors and the controller.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in derThe reference numerals used in the drawings are in the
Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung. Wege zur Ausführung der ErfindungList of reference numbers summarized listed. Basically, the same parts are given the same reference numerals in the drawings. The described embodiments are exemplary of the subject invention and have no limiting effect. Ways to carry out the invention
In den folgenden Ausführungen ist unter einem Lichtwellenleiter zu verstehen, dass dieser einen Leiter zum Übertragen von Signalen sowie einen Lichtwellensender zum Senden von Signalen und einen Lichtwellenempfänger zum Empfangen von Signalen umfasst.In the following embodiments, an optical waveguide is understood to include a conductor for transmitting signals, and a lightwave transmitter for transmitting signals and a lightwave receiver for receiving signals.
In FIG 2 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Gegenstands gezeigt. Zwischen einem Regler 11 und einem Modulator M-] ist ein erster Übertragungsweg 3 angeordnet. Der Regler 11 ist mit einem Sender 5 zum Senden von elektromagnetischer Strahlung und der Modulator Mi mit einemIn FIG 2, a first embodiment of the inventive article is shown. Between a controller 11 and a modulator M-], a first transmission path 3 is arranged. The controller 11 is provided with a transmitter 5 for transmitting electromagnetic radiation and the modulator Mi with a
Empfänger 6 zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung verbunden. Der erste Übertragungsweg 3 ist leitungslos. Dies ist in FIG 2 durch eine gestrichelte Linie zwischen dem Regler 11 und dem Modulator Mi dargestellt. Eine leistungselektronische Schaltung 2 umfasst mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-), G2, ..., Gn und mindestens einenReceiver 6 connected to receive electromagnetic radiation. The first transmission path 3 is wireless. This is shown in FIG 2 by a dashed line between the controller 11 and the modulator Mi. A power electronic circuit 2 comprises at least one drive electrode driver stage G-), G2,..., G n and at least one
Leistungshalbleiterschalter S-|, S2, ..., Sn. Von dem Modulator Mi gehen auf jeweils einem zweiten Übertragungsweg 4 Lichtwellenleiter wie Glasfaserkabel oder Fiberoptik-Kabel aus Kunststoff zu jeder der AnsteuerelektrodentreiberstufenPower semiconductor switch S-, S2, ..., S n . From the modulator Mi go on a second transmission path 4 optical fiber such as fiber optic cable or fiber optic cable made of plastic to each of the Ansteuerelektrodentreiberstufen
Gi, G2, ..., Gn. Jede der Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, •■-, Gn ist mit jeweils einem Leistungshalbleiterschalter S-), S2, •■-, Sn verbunden.Gi, G2, ..., G n . Each of the drive electrode driver stages G 1, G 2,..., G n is connected to a respective one of the power semiconductor switches S 1, S 2, S n , S n .
In FIG 2 wird ein Referenzwert 7 zum Regler 11 gesendet. Aus dem Referenzwert 7 wird in dem Regler 11 ein Regelsignal ermittelt. Von dem Sender 5 aus wird über den ersten Übertragungsweg 3 das Regelsignal mittels elektromagnetischer Strahlung an den Empfänger 6 gesendet. In dem Modulator M-| wird aus dem Regelsignal ermittelt, wann die einzelnen Schalter S-|, S2, ..., Sn geschaltet werden sollen. Von dem Modulator M-] wird über jeweils einen zweiten Übertragungsweg 4 je ein Ansteuersignal an je eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-t, G2, ..., Gn übertragen mit dem Befehl, den mit jeder Ansteuerelektrodentreiberstufe G1 , G2, ..., Gn verbundenen Schalter S-|, S2, ..., Sn einzuschalten oder auszuschalten. Die Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, ..., Gn lösen dann das Umschalten in den zugehörigen Schaltern S-j, S2, ..., Sn aus.In FIG. 2, a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the transmitter 5, the control signal is transmitted to the receiver 6 via the first transmission path 3 by means of electromagnetic radiation. In the modulator M | | is determined from the control signal when the individual switches S-, S2, ..., S n to be switched. From the modulator M-] is transmitted via a respective second transmission path 4 depending on a drive signal to a respective Ansteuerelektrodinreiberstufe Gt, G 2 , ..., G n with the command, with each Ansteuerelektrodinreiberstufe G 1 , G 2 , ..., G n connected switch S-, S 2 , ..., S n turn on or off. The driving electrode driving stages G | |, G2, ..., G n then solve the switching to the associated switches Sj, S2, ..., S n made.
In einer in FIG 3 dargestellten Variante sind mehrere erste Übertragungswege 3 zwischen dem Regler 11 und mehreren Modulatoren M-| , M2, ..., Mn ausgebildet. Der Regler 11 ist mit einem Sender 5 verbunden. Der mindestens eine Modulator M-|, M≥, ..., Mn ist mit je einem Empfänger 6 verbunden. Jeweils ein zweiterIn a variant shown in FIG. 3, a plurality of first transmission paths 3 between the controller 11 and a plurality of modulators M- | , M2, ..., M n formed. The controller 11 is connected to a transmitter 5. The at least one modulator M- |, M≥,..., M n is connected to a respective receiver 6. In each case a second
Übertragungsweg 4 führt von den Modulatoren Mi , M2, ..., Mn zu je einer Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, — , Gn. Jede der Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, ..., Gn ist mit jeweils einem Leistungshalbleiterschalter S-i, S2 Sn verbunden.Transmission path 4 leads from the modulators Mi, M2,..., M n to a respective drive electrode driver stage G |, G2, -, G n . Each of the drive electrode drive stages Gi, G2,..., G n is connected to a respective power semiconductor switch Si, S2 S n .
In FIG 3 wird ein Referenzwert 7 zum Regler 11 gesendet. Aus dem Referenzwert 7 wird in dem Regler 11 ein Regelsignal ermittelt. Von dem Regler 11 aus wird über die mehreren ersten Übertragungswege 3 das Regelsignal an die mehrerenIn FIG. 3, a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11, the control signal is sent to the plurality via the first plurality of transmission paths 3
Modulatoren M-i, M2, ..., Mn mittels elektromagnetischer Strahlung gesendet.Modulators Mi, M2, ..., M n sent by electromagnetic radiation.
Jeder Modulator Mi, M2 Mn ermittelt für einen zugehörigen Schalter S-i, S2, ...,Each modulator Mi, M2 M n determined for a corresponding switch Si, S2, ...,
Sn, wann dieser Schalter S-], S2, ..., Sn geschaltet werden soll und sendet über je einen zweiten Übertragungsweg 4 je ein Ansteuersignal an die zugehörige Ansteuerelektrodentreiberstufe G-i, G2, -, Gn. DieS n , when this switch S-], S2, ..., S n to be switched and sends via a respective second transmission path 4 depending on a drive signal to the associated Ansteuerelektrodinreiberstufe Gi, G2, -, G n . The
Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, ••■, Gn lösen dann das Umschalten in den zugehörigen Schaltern S-i, S2 Sn aus.Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, •• ■, G n then solve the switching to the associated switches Si, S2 S n made.
Die in den FIG 2 und FIG 3 dargestellten Ausführungsformen lassen sich vorteilhaft in einem Signalübertragungssystem einsetzen, in dem eineThe embodiments shown in Figures 2 and 3 can be used advantageously in a signal transmission system in which a
Ansteuereinrichtung 1 einen Regler 11 umfasst und die leistungselektronischeControl device 1 comprises a controller 11 and the power electronic
Schaltung 2 den mindestens einen Modulator M-i , M2, .... Mn und die mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe Gi, G2, ..., Gn mit dem jeweils zugehörigenCircuit 2 the at least one modulator Mi, M 2 , .... M n and the at least one Ansteuerelektrodinreiberstufe Gi, G2, ..., G n with the respectively associated
Schalter S-], S2 Sn umfasst. In einer solchen Anordnung ist der mindestens eine leitungslose erste Übertragungsweg 3 zwischen dem Regler 11 in derSwitch S-], S 2 S n includes. In such an arrangement, the at least one leadless first transmission path 3 between the controller 11 in the
Ansteuereinrichtung 1 und dem mindestens einen Modulator M-i, M2 Mn in der leistungselektronischen Schaltung 2 angeordnet. Dadurch sind keine Lichtwellenleiter zwischen der Ansteuereinrichtung 1 und der leistungselektronischen Schaltung 2 oder zumindest dem Teil der leistungselektronischen Schaltung 2, bei welchem der mindestens eine erste Übertragungsweg 3 zu dem mindestens einen Modulator M-|, M2, ..., Mn leistungslos ist, erforderlich und das Signalübertragungssystem weist eine verbesserte Zuverlässigkeit auf und wird zudem mechanisch stabil sowie gegen Verschmutzung robust.Control device 1 and the at least one modulator Mi, M 2 M n in the power electronic circuit 2 is arranged. As a result, there are no optical waveguides between the drive device 1 and the power electronic circuit 2 or at least the part of the power electronic circuit 2, in which the at least one first transmission path 3 to the at least one modulator M- |, M2, ..., M n is powerless, required and the signal transmission system has improved reliability and is also mechanically stable and robust against contamination.
In FIG 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Gegenstands gezeigt. Zwischen einem Regler 11 und einem Modulator Mi ist ein erster Übertragungsweg 3 ausgebildet. Auf dem ersten Übertragungsweg 3 sind der Regler 11 mit dem Modulator M-) über ein Kabel verbunden. Eine leistungselektronische Schaltung 2 umfasst mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn und mindestens einen4 shows a further embodiment of the inventive article is shown. Between a controller 11 and a modulator Mi, a first transmission path 3 is formed. On the first transmission path 3, the controller 11 with the modulator M-) are connected via a cable. A power electronic circuit 2 comprises at least one drive electrode driver stage G-, G2,..., G n and at least one
Leistungshalbleiterschalter S-|, S2, ..., Sn. Je ein zweiter Übertragungsweg 4 führt von dem Modulator Mi zu der mindestens einen Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn. Der Modulator Mi ist mit mindestens einem Sender 5 und die mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G^, G2, ..., Gn mit jeweils einem Empfänger 6 verbunden. Mindestens ein zweiter Übertragungsweg 4 ist leitungslos. Dies ist in FIG 4 durch gestrichelte Linien zwischen dem Modulator Mi und jeder der Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, ■-., Gn dargestellt. Jede derPower semiconductor switch S-, S2, ..., S n . Depending on a second transmission path 4 leads from the modulator Mi to the at least one Ansteuerelektrodinreiberstufe G- |, G2, ..., G n . The modulator Mi is connected to at least one transmitter 5 and the at least one Ansteuerelektrodinreiberstufe G ^, G2, ..., G n , each with a receiver 6. At least one second transmission path 4 is wireless. This is illustrated in FIG. 4 by dashed lines between the modulator Mi and each of the drive electrode driver stages G-, G2, ■ -., G n . Each of the
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2 Gn ist mit je einemAnsteuerelektrodentreiberstufen G-, G2 G n is one with each
Leistungshalbleiterschalter S-|, S2, ..., Sn verbunden.Power semiconductor switch S-, S2, ..., S n connected.
In FIG 4 wird ein Referenzwert 7 zum Regler 11 gesendet. Aus dem Referenzwert 7 wird in dem Regler 11 ein Regelsignal ermittelt. Vom Regler 11 aus wird über den ersten Übertragungsweg 3 ein Regelsignal an den Modulator Mi gesendet, in welchem aus dem Regelsignal der Tastgrad für jeden einzelnen Schalter ermittelt wird. Von dem Sender 5 aus wird über je einen zweiten Übertragungsweg 4 je ein Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung an je eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn übertragen mit dem Befehl, den zugehörigen Schalter Si, S2, ••■, Sn einzuschalten oder auszuschalten.In FIG. 4, a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11, a control signal is sent to the modulator Mi via the first transmission path 3, in which the duty cycle for each individual switch is determined from the control signal. From the transmitter 5, a drive signal by means of electromagnetic radiation to one each depending on a second transmission path 4 each Drive electrode driver stage G-, G2, ..., G n transferred with the command to turn on or off the associated switch Si, S2, •• ■, S n .
In einer Variante der in FIG 4 gezeigten Ausführung wird als Ansteuersignal nur der Tastgrad jeden einzelnen Schalters S-|, S2, ..., Sn an die mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn gesendet. JedeIn a variant of the embodiment shown in FIG. 4, only the duty cycle of each individual switch S-, S 2 ,..., S n is sent to the at least one drive electrode driver stage G-, G 2 ,..., G n as the drive signal , each
Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2 Gn ist mit einer Logik verbunden, in der aus dem Tastgrad ermittelt wird, zu welchem Zeitpunkt der zugehörige Schalter Si, S2, ..., Sn geschaltet werden soll.Ansteuerelektrodentreiberstufe G-, G 2 G n is connected to a logic in which is determined from the duty cycle, at which time the associated switch Si, S 2 , ..., S n to be switched.
In FIG 5 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Gegenstands gezeigt. Zwischen einem Regler 11 und einem Modulator Mi ist ein erster Übertragungsweg 3 ausgebildet. Auf dem ersten Übertragungsweg 3 sind der Regler 11 mit dem Modulator M-| über ein Kabel verbunden. Eine leistungselektronische Schaltung 2 umfasst mindestens eineIn FIG 5, a further embodiment of the inventive article is shown. Between a controller 11 and a modulator Mi, a first transmission path 3 is formed. On the first transmission path 3, the controller 11 with the modulator M- | connected via a cable. A power electronic circuit 2 comprises at least one
Ansteuerelektrodentreiberstufe G-i, G2, ..., Gn und mindestens einen Leistungshalbleiterschalter S-|, S2, ..., Sn. Je ein zweiter Übertragungsweg 4 führt von dem Modulator M-j zu der mindestens einen Ansteuerelektrodentreiberstufe Gi, G2, ..., Gn. Der Modulator Mi ist mit einem Sender 5 und die mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-i, G2, ...,.Gn mit jeweils einem Empfänger 6 verbunden. Mindestens ein zweiter Übertragungsweg 4 ist leitungslos. Dies ist in FIG 5 durch gestrichelte Linien zwischen dem Modulator Mi und jeder der Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, ..., Gn dargestellt. Jede der Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, ..., Gn ist mit je einem Leistungshalbleiterschalter S-|, S2, ..., Sn verbunden.Ansteuerelektrodinreiberstufe Gi, G 2 , ..., G n and at least one power semiconductor switch S- |, S 2 , ..., S n . Depending on a second transmission path 4 leads from the modulator Mj to the at least one Ansteuerelektrodinreiberstufe Gi, G 2 , ..., G n . The modulator Mi is connected to a transmitter 5 and the at least one drive electrode driver stage Gi, G 2 ,...,. G n are each connected to a receiver 6. At least one second transmission path 4 is wireless. This is illustrated in FIG. 5 by dashed lines between the modulator Mi and each of the drive electrode driver stages Gi, G 2 ,..., G n . Each of the drive electrode drive stages G-, G 2 ,..., G n is connected to one respective power semiconductor switch S-, S 2 ,..., S n .
In FIG 5 wird ein Referenzwert 7 zum Regler 11 gesendet. Aus dem Referenzwert 7 wird in dem Regler 11 ein Regelsignal ermittelt. Vom Regler 11 aus wird über den ersten Übertragungsweg 3 ein Regelsignal an den Modulator M-] gesendet, in welchem aus dem Regelsignal der Tastgrad für jeden einzelnen Schalter ermittelt wird. In dem Modulator M1 werden mindestens zwei der Ansteuersignale mittels eines gängigen Modulationsverfahrens moduliert und in ein moduliertes Ansteuersignalpaket verpackt. Von dem Sender 5 aus wird das modulierte Ansteuersignalpaket mittels elektromagnetischer Strahlung an die zugehörigen Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi , G2, ..., Gn über je einen zweitenIn FIG. 5, a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11, a control signal is sent to the modulator M-] via the first transmission path 3, in which the duty cycle for each individual switch is determined from the control signal becomes. In the modulator M 1 , at least two of the drive signals are modulated by means of a common modulation method and packaged in a modulated drive signal packet. From the transmitter 5, the modulated drive signal packet by means of electromagnetic radiation to the associated Ansteuerelektrodinreiberstufen Gi, G2, ..., G n via a respective second
Übertragungsweg 4 übertragen mit dem Befehl, die zugehörigen Schalter S-i , S2, ..., Sn einzuschalten oder auszuschalten. In den zugehörigenTransmission path 4 transmitted with the command to turn on or off the associated switches Si, S2, ..., S n . In the associated
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-t, G2, ..., Gn wird das modulierte Ansteuersignalpaket demoduliert und die entsprechenden Ansteuersignale den Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, •■•, Gn zugeordnet. DieDrive-electrode drive stages Gt, G2,..., G n , the modulated drive signal packet is demodulated and the corresponding drive signals are assigned to the drive-electrode drive stages G 1, G 2, G n . The
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-i, G2, ■•-. Gn lösen dann das Umschalten in den zugehörigen Schaltern S-|, S2, -.., Sn aus.Drive electrode driver stages Gi, G2, ■ • -. G n then trigger the switching in the associated switches S-, S2, - .., S n .
In einer Variante der in FIG 5 gezeigten Ausführung werden in dem Modulator M1 mindestens zwei der Tastgrade jeden einzelnen Schalters S-|, S2, ..., Sn mittels eines gängigen Modulationsverfahrens moduliert und in ein moduliertes Ansteuersignalpaket verpackt und an die mindestens eineIn a variant of the embodiment shown in FIG. 5, at least two of the duty cycles of each individual switch S-, S2,..., S n are modulated in the modulator M 1 by means of a conventional modulation method and packed into a modulated drive signal packet and to the at least one
Ansteuerelektrodentreiberstufe G-i, G2, ..., Gn gesendet. In den zugehörigenDrive electrode driver stage Gi, G2, ..., G n sent. In the associated
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, ■-., Gn wird das modulierte Ansteuersignalpaket demoduliert und die entsprechenden Tastgrade den Ansteuerelektrodentreiberstufen G-i, G2, ..., Gn zugeordnet. Die zugehörigenDrive electrode driver stages G |, G2, ■ -., G n , the modulated drive signal packet is demodulated and the corresponding duty cycles are assigned to the drive electrode driver stages Gi, G2,..., G n . The associated
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-i, G2, ••-, Gn sind mit je einer Logik verbunden, in der aus dem Tastgrad ermittelt wird, zu welchem Zeitpunkt der zugehörige Schalter S-j, S2, ..., Sn geschaltet werden soll. Die Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, ..-, Gn lösen dann das Umschalten in den zugehörigen Schaltern S-|, S2, ..., Sn aus.Drive electrode driver stages Gi, G2,..., G n are each connected to a logic in which it is determined from the duty cycle at which point in time the associated switch Sj, S2,..., S n is to be switched. The Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, ..-, G n then solve the switching to the associated switches S |, S2, ..., S n made.
In einer weiteren, der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Ausführungsform ist mindestens ein Regelsignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige erste Übertragungsweg 3 ist leitungslos sowie mindestens ein Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige zweite Übertragungsweg 4 ist leitungslos.In another embodiment, not shown for clarity, at least one control signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated first transmission path 3 is wireless and at least one drive signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated second transmission path 4 is wireless.
In FIG 6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Gegenstands gezeigt. Zwischen einem Regler 11 und mindestens einem Modulator M-j, M2, ..., Mn ist mindestens ein zugehöriger erster Übertragungsweg 3 ausgebildet. Auf dem mindestens einen ersten Übertragungsweg 3 ist der Regler 11 mit dem mindestens einen Modulator M-j, M2, ..., Mn über Lichtwellenleiter verbunden. Eine leistungselektronische Schaltung 2 umfasst mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-), G2, ..., Gn, mindestens einen Leistungshalbleiterschalter S-], S2, ..., Sn und mindestens einen Überwachungssensor F-|, F2, •■-, Fn. Von dem mindestens einen Modulator M-i, M2, ..., Mn gehen auf jeweils einem zweiten Übertragungsweg 4 Lichtwellenleiter wie Glasfaserkabel oder Fiberoptik-Kabel aus Kunststoff zu jeder der Ansteuerelektrodentreiberstufen Gi, G2, ..., Gn. Jede derFIG. 6 shows a further embodiment of the article according to the invention. Between a controller 11 and at least one modulator Mj, M2, ..., M n at least one associated first transmission path 3 is formed. On the at least one first transmission path 3, the controller 11 is connected to the at least one modulator Mj, M2, ..., M n via optical waveguides. A power electronic circuit 2 comprises at least one drive electrode driver stage G-), G2,..., G n , at least one power semiconductor switch S-], S2,..., S n and at least one monitoring sensor F- |, F2, • ■ -, F n . Of the at least one modulator Mi, M2, ..., M n go on a respective second transmission path 4 optical fiber such as fiber optic cable or fiber optic cable made of plastic to each of Ansteuerelektrodinreiberstufen Gi, G2, ..., G n . Each of the
Ansteuerelektrodentreiberstufen G-i, G2, ..., Gn ist mit jeweils einem Leistungshalbleiterschalter S-|, S2, ..., Sn verbunden. Mindestens ein Leistungshalbleiterschalter S-j, S2, — , Sn ist mit je einem Überwachungssensor Fi, F2, ••-, Fn verbunden. Zwischen mindestens einem Überwachungssensor F-| , F2, ..., Fn und dem mindestens einen Modulator M-| , M2, ..., Mn ist jeweils ein dritter Übertragungsweg 8 ausgebildet. Mindestens ein Überwachungssensor F-j, F2, ■••, Fn ist mit einem Sender 5 zum Senden von elektromagnetischer Strahlung und der mindestens eine Modulator M-| , M2, •■■, Mn mit einem Empfänger 6 zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung verbunden. Der mindestens eine zugehörige dritte Übertragungsweg 8 ist leitungslos. Dies ist in FIG 6 durch eine gestrichelte Linie zwischen den Überwachungssensoren Fi, F2, ■■•, Fn und dem mindestens einen Modulator Mi, M2, ••-, Mn dargestellt.Drive electrode driver stages Gi, G2,..., G n are each connected to a power semiconductor switch S-, S2,..., S n . At least one power semiconductor switch Sj, S2, -, S n is connected to a respective monitoring sensor Fi, F2, ••, F n . Between at least one monitoring sensor F | , F2, ..., F n and the at least one modulator M- | , M2, ..., M n , a third transmission path 8 is formed in each case. At least one monitoring sensor Fj, F2, ■ ••, F n with a transmitter 5 for transmitting electromagnetic radiation and said at least one modulator M- | M2, • ■■, M n are connected to a receiver 6 for receiving electromagnetic radiation. The at least one associated third transmission path 8 is wireless. This is shown in FIG 6 n by a broken line between the monitoring sensors Fi, F2, ■■ •, F and a modulator Mi, M2, •• least -, M n shown.
In FIG 6 wird ein Referenzwert 7 zum Regler 11 gesendet. Aus dem Referenzwert 7 wird in dem Regler 11 ein Regelsignal ermittelt. Von dem Regler 11 aus wird über den mindestens einen ersten Übertragungsweg 3 das mindestens eine Regelsignal an den mindestens einen Modulator M-|, M2, ..., Mn gesendet. In dem mindestens einen Modulator M-| , M2, ..., Mn wird aus dem Regelsignal ermittelt, wann der mindestens eine Schalter S-i, S2, ..., Sn geschaltet werden soll. Von dem mindestens einen Modulator M-|, M2, ..., Mn wird über jeweils einen zweiten Übertragungsweg 4 je ein Ansteuersignal an je eineIn FIG. 6, a reference value 7 is sent to the controller 11. From the reference value 7, a control signal is determined in the controller 11. From the controller 11 is off via the at least one first transmission path 3, the at least one control signal to the at least one modulator M- |, M2, ..., M n sent. In the at least one modulator M- | , M2, ..., M n is determined from the control signal when the at least one switch Si, S2, ..., S n is to be switched. Of the at least one modulator M- |, M2, ..., M n is via a respective second transmission path 4 depending on a drive signal to each one
Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn übertragen mit dem Befehl, den mit jeder Ansteuerelektrodentreiberstufe G-), G2, ..., Gn verbundenen Schalter S-|, S2, ..., Sn einzuschalten oder auszuschalten. Die Ansteuerelektrodentreiberstufen G-|, G2, .-, Gn lösen dann das Umschalten in den zugehörigen Schaltern S-|, S2, ..., Sn aus. Mit dem mindestens einen Überwachungssensor Fi, F2, ..., Fn wird ein Zustand einer einzelnen Komponente der leistungselektronischen Schaltung 2 oder der gesamten leistungselektronischen Schaltung 2 wie eine Spannung oder ein Strom gemessen. Der Zustandswert wird als Rückmeldesignal leitungslos von dem Sender 5 an den Empfänger 6 übermittelt und in der Ermittlung desDrive electrode driver stage G- |, G2, ..., G n transferred with the command to turn on the switch S- |, S2, ..., S n connected to each drive electrode driver stage G-), G2, ..., G n or off. The Ansteuerelektrodentreiberstufen G |, G2, .-, G n then solve the switching to the associated switches S |, S2, ..., S n made. With the at least one monitoring sensor Fi, F2,..., F n , a state of a single component of the power electronic circuit 2 or of the entire power electronic circuit 2, such as a voltage or a current, is measured. The state value is transmitted as a feedback signal without wires from the transmitter 5 to the receiver 6 and in the determination of the
Tastgrades der Schalter S-j, S2 Sn berücksichtigt.Duty cycle of the switch Sj, S2 S n taken into account.
Es ist auch möglich, dass es sich bei dem Zustandswert um eine Information wie einen Fehler, beispielsweise einen Ausfall eines Schalters S-|, S2, ..., Sn oder einen Fehler in einem der übertragenen Signale handelt.It is also possible for the state value to be information such as an error, for example a failure of a switch S-, S2,..., S n or an error in one of the transmitted signals.
In einer Variante zu der in FIG 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung geht der mindestens eine dritte Übertragungsweg 8 von dem mindestens einenIn a variant of the embodiment of the invention shown in FIG. 6, the at least one third transmission path 8 goes from the at least one
Überwachungssensor F-i, F2, ..., Fn zu dem Regler 11.Monitoring sensor Fi, F2, ..., F n to the controller 11th
In einer anderen Variante zu der in FIG 6 gezeigten Ausführungsform kann der mindestens eine Überwachungssensor F-j, F2, ..-, Fn statt mit mindestens einemIn another variant of the embodiment shown in FIG. 6, the at least one monitoring sensor Fj, F2,..., F n instead of at least one
Leistungshalbleiterschalter S-t, S2 Sn auch mit anderen Komponenten in der leistungselektronischen Schaltung 2 vebunden sein. AIs weitere Variante zu der in FIG 6 gezeigten Ausführungsform ist es auch denkbar, dass mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, —, Gn eine Logik umfasst, mittels derer die entsprechende Ansteuerelektrodentreiberstufe auf Fehler reagieren kann. Das mindestens eine Rückmeldesignal kann mittels elektromagnetischer Strahlung und leitungslos direkt an mindestens einePower semiconductor switch St, S2 S n also be connected to other components in the power electronic circuit 2. As a further variant of the embodiment shown in FIG. 6, it is also conceivable that at least one drive electrode driver stage G 1, G 2,..., G n comprises a logic by means of which the corresponding drive electrode driver stage can respond to errors. The at least one feedback signal can by means of electromagnetic radiation and without wires directly to at least one
Ansteuerelektrodentreiberstufe G-|, G2, ..., Gn übertragen werden und dort in der Schaltung der zugehörigen Schalter S-|, S2, ..-, Sn berücksichtigt werden.Ansteuerelektrodentreiberstufe G- |, G2, ..., G n are transferred and there in the circuit of the associated switches S-, S2, ..-, S n are taken into account.
In einer weiteren, der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Ausführungsform ist mindestens ein Rückmeldesignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige dritte Übertragungsweg 8 ist leitungslos. Zudem ist mindestens ein Regelsignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige erste Übertragungsweg 8 leitungslos und / oder mindestens ein Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige zweite Übertragungsweg 4 leitungslos.In another embodiment, not shown for clarity, at least one feedback signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated third transmission path 8 is wireless. In addition, at least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the at least one associated first transmission path 8 can be transmitted by means of electromagnetic radiation and / or at least one control signal can be transmitted by means of electromagnetic radiation and the at least one associated second transmission path 4 can be conducted.
Das mindestens eine Regelsignal und / oder das mindestens eine Ansteuersignal und / oder das mindestens eine Rückmeldesignal können für die Übertragung mittels elektromagnetischer Strahlung mit einem Modulationsverfahrens moduliert werden. Als Modulationsverfahren sind gängige Modulationsverfahren wie beispielsweise Frequenzmodulation, Zeitmodulation oder Phasenmodulation geeignet. Als mindestens eine Trägerfrequenz für eine solche Modulation eignet sich elektromagnetische Strahlung im Bereich von 0.4 GHz bis 400 GHz (Gigahertz) besonders. In Umrichtern tritt Rauschen bei Frequenzen bis zu einigen Hundert Hertz auf, so dass bei Übertragung von Signalen im Gigahertzbereich diese nicht beeinträchtigt werden durch das Rauschen im Umrichter. Zudem ist die Übertragungsrate in diesem Frequenzbereich hoch und die Signalübertragung ist kostengünstig.The at least one control signal and / or the at least one drive signal and / or the at least one feedback signal can be modulated for the transmission by means of electromagnetic radiation with a modulation method. As modulation method common modulation methods such as frequency modulation, time modulation or phase modulation are suitable. As at least one carrier frequency for such a modulation, electromagnetic radiation in the range of 0.4 GHz to 400 GHz (gigahertz) is particularly suitable. In converters, noise occurs at frequencies up to a few hundred hertz, so that when transmitting signals in the gigahertz range, these are not affected by the noise in the inverter. In addition, the transmission rate in this frequency range is high and the signal transmission is inexpensive.
Es können Antennen als der mindestens eine Sender 5 und der mindestens eine Empfänger 6 eingesetzt werden, deren Sendebereich und / oder Empfangsbereich für den Frequenzbereich, in dem das oder die entsprechenden Signale übertragen werden, ausgelegt sind. Die vorgängig beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemässen Gegenstands umfassen nur einen Regler 11. Es ist aber auch denkbar, dass das Signalübertragungssystem mehrere Regler 11 umfasst und von jedem der Regler mindestens ein Regelsignal an je mindestens einen Modulator Mi, M2 Mn übertragen wird.It is possible to use antennas as the at least one transmitter 5 and the at least one receiver 6 whose transmission range and / or reception range are designed for the frequency range in which the one or more corresponding signals are transmitted. The previously described embodiments of the inventive subject matter comprise only one controller 11. It is also conceivable that the signal transmission system comprises a plurality of controllers 11 and at least one control signal from each of the controller is transmitted to at least one modulator Mi, M 2 M n .
Jeder der mindestens einen ersten und / oder zweiten Übertragungswege 3, 4, kann auch dazu verwendet werden, um Rückmeldesignale auf dem entsprechenden Übertragungsweg 3, 4 zurückzusenden und dadurch eine schnelle Zustandsrückmeldung der einzelnen Komponenten zu ermöglichen. In diesem Fall ist beispielsweise der Regler 11 mit einem Sender 5 zum Senden des mindestens einen Regelsignals und einem Empfänger 6 zum Empfangen von mindestens einem Rückmeldesignal von mindestens einem Modulator M1, M2, ..., Mn aus verbunden. Mindestens ein Modulator Mi, M2, ..., Mn ist mit einemEach of the at least one first and / or second transmission paths 3, 4, can also be used to send back feedback signals on the corresponding transmission path 3, 4, thereby enabling a quick status feedback of the individual components. In this case, for example, the controller 11 is connected to a transmitter 5 for transmitting the at least one control signal and a receiver 6 for receiving at least one feedback signal from at least one modulator M 1 , M 2 , ..., M n out. At least one modulator Mi, M 2 , ..., M n is with a
Empfänger 6 zum Empfangen von mindestens einem Regelsignal und mindestens einem Sender 5 zum Senden von mindestens einem Rückmeldesignal verbunden. Es kann sich auch um Sende-/Empfangseinheiten handeln, welche je einen Sender 5 und einen Empfänger 6 umfassen und mit denen sowohl elektromagnetische Strahlung gesendet wie auch empfangen werden kann.Receiver 6 for receiving at least one control signal and at least one transmitter 5 for transmitting at least one feedback signal connected. It may also be transceiver units, each comprising a transmitter 5 and a receiver 6 and with which both electromagnetic radiation can be sent as well as received.
Eines der obengenannten Signalübertragungssysteme lässt sich vorteilhaft in einem Umrichter einsetzen, weil ein Umrichter mehrere LeistungshalbleiterschalterOne of the above-mentioned signal transmission systems can be used advantageously in a converter because one inverter has multiple power semiconductor switches
S-| , S2, ..., Sn umfasst und diese mit dem erfindungsgemässen Signalübertragungssystem zuverlässig schaltbar sind und somit eine hohe Verfügbarkeit aufweisen. Die erfindungsgemässen Umrichter sind zudem mechanisch stabil und weitestgehend unempfindlich gegen Verschmutzung. BezugszeichenlisteS | , S2, ..., S n and these are reliably switchable with the inventive signal transmission system and thus have a high availability. The inventive inverter are also mechanically stable and largely insensitive to contamination. LIST OF REFERENCE NUMBERS
I AnsteuereinrichtungI control device
I 1 Regler 2 leistungselektronische SchaltungI 1 controller 2 power electronic circuit
3 Erster Übertragungsweg3 First transmission path
4 Zweiter Übertragungsweg4 Second transmission path
5 Sender5 stations
6 Empfänger 7 Referenzwert6 receiver 7 reference value
8 Dritter Übertragungsweg8 Third transmission path
M-|, M2, ..., Mn Modulator Gi, G2, ..., Gn Ansteuerelektrodentreiberstufe S-J, S2, •••, Sn Leistungshalbleiterschalter F-], F2, ..., Fn Überwachungssensor M- |, M2, ..., M n Modulator Gi, G2, ..., G n Drive electrode driver stage SJ, S2, •••, S n Power semiconductor switch F-], F2, ..., F n Monitoring sensor

Claims

PATENTANSPRUECHE cLAIMS
1. Signalübertragungssystem zur Ansteuerung mindestens eines Leistungshalbleiterschalters (S-i, S2, ..., Sn) einer leistungselektronischen Schaltung (2) von einem Regler (11 ) aus, wobei jeder1. Signal transmission system for controlling at least one power semiconductor switch (Si, S2, ..., S n ) of a power electronic circuit (2) of a controller (11), wherein each
Leistungshalbleiterschalter (S-), S2, •.., Sn) mit je einerPower semiconductor switch (S-), S2, • .., S n ), each with one
Ansteuerelektrodentreiberstufe (G-i, G2 Gn) verbunden ist, von dem Regler (11 ) mindestens ein Regelsignal an mindestens einen Modulator (Mi, M2, ..., Mn) über mindestens einen ersten Übertragungsweg (3) übertragbar ist und von dem mindestens einen Modulator (M-|, M2, ..., Mn) mindestens ein Ansteuersignal an jede der Ansteuerelektrodentreiberstufen (G 1, G2, ...,Ansteuerelektrodentreiberstufe (Gi, G2 G n ) is connected, from the controller (11) at least one control signal to at least one modulator (Mi, M2, ..., M n ) via at least one first transmission path (3) is transferable and of the at least a modulator (M- |, M2, ..., M n ) at least one drive signal to each of the Ansteuerelektrodentreiberstufen (G 1, G2, ...,
Gn) überje einen zweiten Übertragungsweg (4) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Regelsignal und / oder mindestens ein Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung von einem Sender (5), welcher eineG n ) via a second transmission path (4) is transferable, characterized in that at least one control signal and / or at least one control signal by means of electromagnetic radiation from a transmitter (5), which a
Antenne zum Senden von elektromagnetischer Strahlung aufweist, an einen Empfänger (6), welcher eine Antenne zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung aufweist, übertragbar ist, wobei der mindestens eine zugehörige Übertragungsweg (3, 4) leitungslos ist.Antenna for transmitting electromagnetic radiation, to a receiver (6) having an antenna for receiving electromagnetic radiation, transferable, wherein the at least one associated transmission path (3, 4) is wireless.
2. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Regelsignal und / oder mindestens eine2. Signal transmission system according to claim 1, characterized in that the at least one control signal and / or at least one
Ansteuersignal, welches mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und dessen mindestens einer zugehöriger Übertragungsweg (3, 4) leitungslos ist, mit einem Modulationsverfahren moduliert ist und mindestens eine Trägerfrequenz im Bereich von 0.4 GHz bis 400 GHz aufweist. Control signal, which is transferable by means of electromagnetic radiation and whose at least one associated transmission path (3, 4) is wireless, is modulated by a modulation method and has at least one carrier frequency in the range of 0.4 GHz to 400 GHz.
3. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Regeisignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige erste Übertragungsweg (3) leitungslos ist, dass der Regler (11) einen Sender (5), welcher eine Antenne zum Senden von elektromagnetischer Strahlung aufweist, umfasst, dass mindestens ein Modulator (M-|, M2, ..., Mn) einen Empfänger (6), welcher eine Antenne zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung aufweist, umfasst und der Regler (11 ) mit dem Sender (5) verbunden ist und dass der mindestens eine Modulator (M-J1 M2, ..., Mn) mit je einem Empfänger (6) verbunden ist.3. A signal transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one control signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated first transmission path (3) is wireless, that the controller (11) has a transmitter (5), which an antenna for transmitting electromagnetic radiation, comprising at least one modulator (M- |, M2, ..., M n ) comprising a receiver (6) having an antenna for receiving electromagnetic radiation, and the controller (11) is connected to the transmitter (5) and that the at least one modulator (MJ 1 M2, ..., M n ) is connected to a respective receiver (6).
4. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ansteuersignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist, dass der mindestens eine zugehörige zweite Übertragungsweg (4) leitungslos ist, dass mindestens ein Modulator (M-|, M2, ..., Mn) mit je einem Sender (5), welcher eine Antenne zum Senden von elektromagnetischer Strahlung aufweist, verbunden ist, dass mindestens eine Ansteuerelektrodentreiberstufe (G-j, G2, ■••, Gn) mit je einem Empfänger (6), welcher eine Antenne zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung aufweist, verbunden ist und je ein zweiter Übertragungsweg (4) von jedem Sender (5) zu je einem Empfänger (6) führt.4. Signal transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one drive signal is transferable by means of electromagnetic radiation, that the at least one associated second transmission path (4) is wireless, that at least one modulator (M- |, M2, ... , M n ), each having a transmitter (5), which has an antenna for transmitting electromagnetic radiation, is connected, that at least one Ansteuerelektrodentreiberstufe (Gj, G2, ■••, G n ), each with a receiver (6), which an antenna for receiving electromagnetic radiation, is connected and each a second transmission path (4) from each transmitter (5) leads to a respective receiver (6).
5. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Leistungshalbleiterschalter (S-i , S2, ..., Sn) mit jeweils einem Überwachungssensor (F-j , F2, ..., Fn) zur Messung jeweils eines Zustandswerts verbunden ist, dass der mindestens eine Zustandswert in jeweils ein Rückmeldesignal umwandelbar ist, dass mindestens ein dritter Übertragungsweg (8) zum Übertragen von jeweils einem Rückmeldesignal von mindestens einem der Überwachungssensoren (F-), F2, ..., Fn) zu mindestens einem Modulator5. Signal transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the power semiconductor switches (Si, S2, ..., S n ), each with a monitoring sensor (Fj, F 2 , ..., F n ) for measuring one each State value is connected to that the at least one state value can be converted into a respective feedback signal, that at least one third transmission path (8) for transmitting in each case a feedback signal from at least one of the monitoring sensors (F-), F2, ..., F n ) to at least one modulator
(Mi, M2 Mn) oder dem Regler (11) führt, dass das mindestens eine Rückmeldesignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und der mindestens eine zugehörige dritte Übertragungsweg (8) leitungslos ist.(Mi, M2 M n ) or the controller (11) leads that the at least one feedback signal by means of electromagnetic radiation is transferable and the at least one associated third transmission path (8) is wireless.
6. Signalübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Überwachungssensor (F-), F2, ..., Fn) je einen Sender (5), welcher eine Antenne zum Senden von elektromagnetischer Strahlung aufweist, umfasst, dass der mindestens eine Modulator (M-|, M2, ..., Mn) oder der Regler (11) je einen Empfänger (6), welcher eine Antenne zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung aufweist, umfasst, dass mindestens ein Überwachungssensor (F-] , F2, ..., Fn) mit jeweils einem Sender (5) verbunden ist und der mindestens eine Modulator (M-|, M2, ..., Mn) oder der Regler (11) mit dem mindestens einen Empfänger (6) verbunden ist.6. Signal transmission system according to claim 5, characterized in that the at least one monitoring sensor (F-), F2, ..., F n ) each comprise a transmitter (5), which has an antenna for transmitting electromagnetic radiation, that the at least one modulator (M- |, M 2 , ..., M n ) or the controller (11) each have a receiver (6), which has an antenna for receiving electromagnetic radiation, comprising at least one monitoring sensor (F-) ], F 2 , ..., F n ) is connected to a respective transmitter (5) and the at least one modulator (M- |, M 2 , ..., M n ) or the controller (11) with the at least a receiver (6) is connected.
7. Signalübertragungssystem zur Ansteuerung mindestens eines Leistungshalbleiterschalters (Si, S2, ..., Sn) einer leistungselektronischen7. Signal transmission system for controlling at least one power semiconductor switch (Si, S 2 , ..., S n ) of a power electronic
Schaltung (2) von einem Regler (11) aus, wobei jeder Leistungshalbleiterschalter (S-|, S2, ..., Sn) mit je einer Ansteuerelektrodentreiberstufe (G-|, G2, .... Gn) verbunden ist, von dem Regler (11) mindestens ein Regelsignal an mindestens einen Modulator (M1 , M2 Mn) über mindestens einen erstenCircuit (2) from a controller (11), each power semiconductor switch (S-, S 2 , ..., S n ) each having a Ansteuerelektrodinreiberstufe (G |, G 2 , .... G n ) connected is, of the controller (11) at least one control signal to at least one modulator (M 1 , M 2 M n ) over at least a first
Übertragungsweg (3) übertragbar ist, von dem mindestens einen Modulator (M-i , M2, ..., Mn) mindestens ein Ansteuersignal an jede der Ansteuerelektrodentreiberstufen (G-) , G2, ..., Gn) über je einen zweiten Übertragungsweg (4) übertragbar ist, mindestens einer der Leistungshalbleiterschalter (S-i, S2, ..., Sn) mit je einem Überwachungssensor (F-|, F2, ..., Fn) zur Messung jeweils eines Zustandswerts verbunden ist, der mindestens eine Zustandswert in jeweils ein Rückmeldesignal umwandelbar ist, mindestens ein dritter Übertragungsweg (8) zum Übertragen von jeweils einem Rückmeldesignal von mindestens einem der Überwachungssensoren (F-|, F2, ..., Fn) zu mindestens einem ModulatorTransmission path (3) is transferable, at least one of the at least one modulator (Mi, M 2 , ..., M n ) Control signal to each of the Ansteuerelektrodentreiberstufen (G), G2, ..., G n ) via a respective second transmission path (4) is transferable, at least one of the power semiconductor switches (Si, S2, ..., S n ), each with a monitoring sensor (F- |, F2, ..., F n ) for measuring in each case a state value is connected, the at least one state value in each case a feedback signal is convertible, at least a third transmission path (8) for transmitting in each case a feedback signal from at least one of Monitoring sensors (F |, F2, ..., F n ) to at least one modulator
(Mi, M2 Mn) oder dem Regler (11) führt, und mindestens ein Rückmeldesignal mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Überwachungssensor (Fi, F2, ..., Fn) jeweils einen(Mi, M2 M n ) or the controller (11) leads, and at least one feedback signal by means of electromagnetic radiation is transferable, characterized in that the at least one monitoring sensor (Fi, F2, ..., F n ) each have a
Sender (5), welcher eine Antenne zum Senden von elektromagnetischer Strahlung aufweist, umfasst, dass mindestens ein Modulator (Mi, M2, ..., Mn) oder der Regler (11 ) je einen Empfänger (6), welcher eine Antenne zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung aufweist, umfasst, dass mindestens ein Überwachungssensor (Fi, F2, ..., Fn) mit jeweils einem Sender (5) verbunden ist, dass mindestens ein Modulator (Mi, M2, ..., Mn) oder der Regler (11) mit dem mindestens einen Empfänger (6) verbunden ist, und dass der zugehörige, mindestens eine dritte Übertragungsweg (8) leitungslos ist.Transmitter (5) having an antenna for transmitting electromagnetic radiation, comprising at least one modulator (Mi, M2, ..., M n ) or the controller (11) each having a receiver (6), which is an antenna for Receiving electromagnetic radiation comprises, that at least one monitoring sensor (Fi, F 2 , ..., F n ) is connected to a respective transmitter (5) that at least one modulator (Mi, M2, ..., M n ) or the controller (11) is connected to the at least one receiver (6), and that the associated, at least one third transmission path (8) is wireless.
8. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rückmeldesignal, welches mittels elektromagnetischer Strahlung übertragbar ist und dessen mindestens einer zugehörige Übertragungsweg (8) leitungslos ist, mit einem Modulationsverfahren moduliert ist und mindestens eine Trägerfrequenz im Bereich von 0.4 GHz bis 400 GHz aufweist.8. Signal transmission system according to one of claims 5 to 7, characterized in that the at least one feedback signal, which is transmissible by means of electromagnetic radiation and whose at least one associated transmission path (8) is wireless, is modulated by a modulation method and has at least one carrier frequency in the range of 0.4 GHz to 400 GHz.
9. Umrichter, mehrere Leistungshalbleiterschalter S-], S2, ..-, Sn umfassend, mit einem Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8. 9. converter, a plurality of power semiconductor switches S-], S2, ..-, S n comprising, with a signal transmission system according to one of claims 1 to 8.
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